综采工作面端面破碎顶板控制措施研究

丁 鑫

（山西霍宝干河煤矿有限公司，山西 临汾 041600）

综采工作面在回采期间受采动压力、构造应力以及超前支撑压力影响，工作面煤壁易出现片帮，加大了工作面端面空顶距，从而造成端面空顶处出现破碎、局部冒顶现象。端面破碎顶板若不及时采取控制措施，在支架前探梁与煤壁之间形成压力集中区，随着端面距加大，压力对端面处顶板破坏更加严重。本文以209工作面为例，工作面过断层期间，对端面破碎顶板采取注浆+撞楔超前支护进行联合控制维护，保证工作面安全回采。

1 概况

山西霍宝干河煤矿有限公司209工作面位于二采区，工作面北东端为井田边界，南西端为二采区回风巷，北西侧均为实体煤，南东侧为2-100工作面采空区。209工作面设计走向长度914m，倾向长度183m，工作面回采煤层为1#、2#合并煤层，平均厚度为3.9m，采用综合机械化回采工艺，全部垮落法处理采空区。工作面直接顶主要以灰色泥岩为主，平均厚度为1.59m，该岩石坚固系数f=3.0，易破碎，在应力作用下岩层易出现失稳现象；基本顶主要以灰白色的K8细粒砂岩为主，平均厚度为7.9m。

209工作面回采至540m处揭露一条正断层F146，断层落差为1.5m，倾角为40°，断层贯通整个工作面煤层，对回采有较大影响。工作面回采至525m处时，工作面顶板出现局部破碎、煤壁片帮现象，预计工作面回采至断层带处时煤壁片帮将更严重。

2 端面破碎顶板控制措施

在过断层带期间，端面处顶板应力相对集中，岩层自身形成的关键承载圈会出现失稳趋向。随着端面空顶距加大，承载圈越来越不稳定，当端面处顶板在无有效支护时，外界作用大于关键承载圈承载能力，承载圈失去承载作用，端面处顶板出现破碎、冒顶现象。为了提高端面处顶板稳定性，必须对关键承载圈内的岩体进行加固。

2.1 注浆支护

通过现场对端面处破碎顶板施工深部岩层观察孔发现，顶板破碎岩体主要以直接顶的泥岩为主，破碎区域在0.4～2.2m范围内，破碎岩体坚固系数f＜0.8，岩体完全失去胶结，这是端面处顶板出现冒顶的主要原因。

（1）工作面割煤后移架前，在工作面端面处顶板施工一排注浆钻孔，钻孔间距3.0m，钻孔深度5.0m，钻孔与顶板成6°夹角布置。

（2）钻孔施工完后，用高压注浆设备向钻孔内注射马丽散粘剂，在注射过程中必须确保注射速度均匀，注射压力不低于4.0MPa。

（3）在注浆过程中发现顶板及工作面煤体出现浆液渗透现象时，立即停止注浆并及时采用砂浆进行封孔处理。

（4）注浆3h后方可继续回采。工作面回采2m后施工第二排注浆钻孔，与第一排在水平面上交错布置。依次类推，直至工作面过断层带。

2.2 撞楔超前支护

端面处顶板破碎区域注浆后，虽然提高了局部岩体稳定性，但是随着工作面推移，端面处顶板岩体不能及时维护，同样会发生顶板冒落事故。通过施工撞楔超前支护对端面处顶板进行短时间支护，为工作面移架提供时间。

（1）为了减少采煤机割煤过程中损坏切割部，撞楔超前支护采用长度为3.5m，直径为22mm树脂钢锚杆。

（2）工作面破碎顶板注浆后，采用手持式钻机在工作面顶板处施工一排钻孔，钻孔深度为5m，直径为28mm，钻孔间距为3m，钻孔垂直工作面煤壁布置，且成组布置在液压支架前探梁前方。

（3）待工作面所有钻孔施工完后，在钻孔依次填装锚固剂、树脂钢锚杆，并采用钻机进行锚固，每个钻孔填装2支锚固剂。

（4）撞楔超前支护施工完后，工作面回采移架时，支架顶梁紧贴撞楔超前支护且带压移架，当工作面回采2.0m后施工第二排撞楔超前支护。

2.3 应用效果

（1）209工作面端面破碎顶板施工仰角注浆支护后，通过观察孔发现顶板破碎岩体在0～1.8m范围内稳定性有很大提高，岩体坚固系数f提高至2.0，但是由于受重力影响，在钻孔底部破碎岩体稳定性提高幅度不大，岩石坚固系数f为1.2左右；在注浆支护后工作面在过断层期间未出现顶板破碎、局部冒顶现象。

（2）209工作面施工撞楔超前支护后，在构造应力作用下煤壁片帮时，撞楔超前支护会对端面空顶处顶板进行临时支护，避免了工作面割煤后、移架前之间时间段内顶板发生冒顶事故，对空顶处顶板起到了临时超前支护作用。

（3）干河煤矿对209工作面端面破碎顶板采取注浆、撞楔超前支护等联合维护措施后，工作面移架过程中未出现倒架、支架顶梁插顶现象，提高了支架移架效率，同时工作面在断层带期间回采速度达5.5m/d，提高了回采效率，保证了工作面回采安全。

3 结语

山西霍宝干河煤矿有限公司在二采区209工作面过断层回采过程中，对端面破碎顶板采取“注浆+撞楔超前支护”联合支护措施，实践证明，采取联合支护措施后，提高了端面处破碎顶板稳定性，解决了破碎顶板移架难等难题，提高了工作面回采效率，保证了回采安全，取得了显著成效。